Paper Format for the Proceeding of KMICE`08

SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI INFORMASI & KOMUNIKASI TERAPAN 2013 (SEMANTIK 2013)
Semarang, 16 November 2013
ISBN: 979-26-0266-6
Pembangkit Listrik Terbarui Hybrid Convertible Tenaga Angin Matahari untuk
Lampu Penerangan yang Tidak Terganggu Kondisi Listrik Byar-Pet Dari PLN
Wijaya Widjanarka N1
1
STMIK Bina Patria Magelang, 56116
E-mail : [email protected]
ABSTRAK
Di kota Magelang, sebagian daerahnya adalah dataran rendah, dataran tinggi dan bukit, yang kadang-kadang mengalami
pemadaman bergilir, meskipun dalam waktu yang singkat dan tak tentu atau kondisi byar-pet, dari jaringan listrik PLN. Di
sisi lain, kota Magelang memiliki berbagai macam potensi kekayaan alam yang melimpah, misalnya sepeti hembusan angin
yang cukup kuat dan terus-menerus dan limpahan sinar matahari yang hampir selalu bersinar sepanjang hari. Sistem
pembangkit listrik hybrid ini, dibuat sebagai pemecahan masalah. Sistem pembangkit dalam hal ini pembangkit listrik tenaga
angin dan matahari, bersifat mandiri atau berdiri sendiri (stand alone).
Dalam penelitian ini digunakan solar cel (sel fotovoltaik) jenis monocrystalin 20 W/12V, dengan efiensi daya 15% . Kincir
anginnya dibuat, menggunakan 12 blade, tiap blade sepanjang 1 meter, terbuat dari bahan aluminiumi. Diameter luas daerah
putaran A sebesar 2,30 meter. Generatornya jenis arus bolak-balik 12 VA. Batere penyimpan adalah accu basah timbal Pb 12
Volt / 45 Ah. Tinggi menara 10 meter. Pembangkit ini dilengkapi dengan penyearah (rectifier), inverter, Sistem pengaturan
tegangan dan pengaman.
Energi listrik yang dihasilkan adalah sebesar 220 Volt AC/50/60Hz (sama dengan PLN). Tidak pernah terputus, meskipun
kincir tidak berputar dan langit mendung.
Kata kunci: Kincir angin convertible, stand alone, kondisi byar-pet, solar cel monocrystalin.
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Di kota Magelang dan sebagian besar daerahnya adalah dataran rendah, sebagian dataran tinggi dan bukit, yang kadang-kadang
mengalami pemadaman bergilir, meskipun dalam waktu yang singkat dan tak tentu atau kondisi byar-pet, dari jaringan listrik
PLN. Di sisi lain, daerah kota Magelang memiliki berbagai macam potensi kekayaan alam yang melimpah, misalnya sepeti
hembusan angin yang cukup kuat dan terus-menerus dan limpahan sinar matahari yang hampir selalu bersinar sepanjang hari.
Berdasarkan kondisi tersebut, maka perlu dipikirkan untuk menciptakan suatu sistem pembangkit listrik tenaga angin dan
matahari, sebagai sumber daya listrik alternatif. Bagi daerah yang sudah dijangkau oleh jaringan listrik PLN, pembangkit
tersebut juga dapat digunakan sebagai energi listrik cadangan (back-up), jika pasokan listrik PLN terganggu atau tersendat.
Penggabungan antara solar sel dengan kincir angin, yang akan menciptakan listrik sepanjang hari. Sedangkan untuk tenaga
matahari untuk menambah pasokan listrik terutama pada siang hari yang energi matahari terbuang percuma. Disamping itu
untuk menambah listrik pada waktu turbin angin pada kondisi angin sedang tidak berhembus.
1.2. Perumusan Masalah
Perumusan masalah yang akan diteliti adalah, pembuatan Pembangkit Listrik Terbarui Hybrid Convertible Tenaga Angin dan
Matahari untuk Lampu Penerangan yang Tidak Terganggu Kondisi Listrik Byar-Pet dari PLN, yang jaringannya terpasang di
kantor Penelitian Pengembangan dan Statistik Kota Magelang. Pembangkit listrik swadaya ini dirancang untuk dapat
digunakan sebagai proyek percontohan.
Gambar 1.Wujud pembangkit listrik terbarui hybrid tenaga angin dan matahari untuk lampu penerangan.
393
SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI INFORMASI & KOMUNIKASI TERAPAN 2013 (SEMANTIK 2013)
Semarang, 16 November 2013
ISBN: 979-26-0266-6
1.3. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Mengkaji dan membuat proyek percontohan sistem pembangkit listrik terbaharui hibrida, yaitu tenaga angin dan matahari,
dengan sistem convertible, sehingga dapat dengan mudah dibawa ke daerah-daerah yang terpencil (terpelosok). Artinya
dapat dibongkar-pasang, dirakit dan dijinjing (dibawa atau dipindah tempat).
2. Membuat proyek percontohan sistem pembangkit listrik tenaga angin dan matahari, dengan mampu bekerja secara terusmenerus tetapi tidak menggunakan bahan bahar minyak atau gas (non-BBM migas), sehingga dapat juga digunakan untuk
tenaga listrik cadangan yang handal.
3. Membuat pembangkit listrik tenaga angin dengan model sistem pembangkit listrik terbaharui hibrida, yaitu tenaga angin
dan matahari, untuk masyarakat Usaha Mikro Kecil dan Menengah (UMKM), seperti warung soto, penjual nasi kucing, mie
ayam, dan Pedagang Kaki Lima (PKL) yang lainnya. Dapat juga untuk Selain itu model pembangkit ini bersifat
convertible atau yang dapat dibongkar pasang, dirancang cocok untuk daerah yang terpencil dan tertinggal atau daerah
yang belum terjangkau jaringan listrik PLN. Bahkan daerah yang sudah dipasang jaringan listrik PLN, jika pasokan listrik
dari PLN, terganggu atau tersendat (sering disebut kondisi “byar-pet”).
2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Teori Energy Terbarui (Renewable Energy) dan Perwujudan Alat
Teknologi tenaga angin dan matahari adalah teknologi yang akhir-akhir ini sering dikaji, karena teknologi ini menjanjikan
sebagai salah satu sumber daya listrik yang bersifat terbarui renewable, tidak pernah habis, ramah lingkungan, tidak berpolusi
dan tidak menghasilkan sampah, biaya maintenance yang rendah [5].
2.2. Tenaga Matahari Sebagai Sumber Energi Listrik.
Di dalam permukaan bumi seluas 1 m2 , energi yang dipancarkan dari matahari adalah sebesar 1000 watt. Tetapi yang didapat
diubah oleh solar sel hanyalah 10 % – 15 %, tergantung jenis dan teknologi solar cell tersebut. Intensitas Energi yang
terkandung dalam sinar matahari yang rendah pada saat mencapai permukaan bumi, berjumlah 1000 watt per m 2. Daya guna
konversi enrgi radiasi matahari berdasarkan efek fotovoltaik pada saat ini sudah mencapai lebih kurang 25%. Dengan
demikian maka produksi daya listrik yang maksimal dapat dihasilkan oleh sel surya berjumlah 250 watt per m 2 [3], [6].
2.3. Angin Sebagai Sumber Tenaga Listrik
Semua energi terbaharukan (kecuali tenaga geothermal), dan bahkan energi dalam minyak bumi, hampir semuanya berasal dari
matahari. Radiasi matahari 174.423.000.000.000 kilowatt jam dari energi untuk bumi per jam. Dalam kata lain, bumi
mendapatkan 1,74 x 1017 watt daya. Kira – kira 1% sampai 2% dari energi yang datang dari matahari diubah menjadi energi
angin. Ini kira – kira 50 – 100 kali lebih daripada energi yang diubah menjadi biomass oleh semua tumbuhan di bumi [1].
2.4. Spesifikasi Kincir Angin yang Dibuat
Spesifikasi pembangkit listrik tenaga angin yang dibuat dalam proyek RUD ini, adalah:
a. Baling-baling (blade) dan pengarah (directions) terbuat dari besi dan aluminium. Baling-balingnya (blade) menggunakan
bahan lembaran aluminium berkerangka aluminium dan besi. Model turbin horisontal. Memiliki panjang 1 meter. Lebar
pangkal 12 cm, sedangkan lebar ujung 10 cm. Jumlah 12 baling-baling. Sudut rotor sebesar 10 º.
b. Menara (Tower )Tinggi, tingginya 10 meter diatas tanah. Bahan kerangka utama besi.Di bagian paling atas menara yang
berhungan langsung dengan poros turbin, terdapat bearing atau bantalan yang berputar.
c. Kawat Penarik (spanner wire), posisinya dengan sudut tarik 45° terhadap menara. Setiap sesi tower minimal terdapat 3
kawat dengan letak yang berbeda.
d. Generatornya menggunakan generator arus bolak-balik atau alternator 12 Volt. Konstruksinya menggunakan medan
magnet statis yang berputar, sedangkan 6 kumparan (coil) diam (statis). Energi yang dihasilkan disimpan di aki (accu).
e. Sistem Mekanik dan Gearbox. Sistem mekanika menggunakan perbandingan gigi gerigi atau roda (polle) yang dimasukan
dalam kotak (gearbox).
f. Batere. Pada penelitian ini, tempat penyimpan atau penampung energi listrik yang telah dihasilkan oleh turbin, adalah aki
basah (accu basah). Pada penelitian ini, energi listrik yang disimpan dalam batere tipe asam-timbal (aki atau accu basah),
yang secara umum mempunyai tegangan pada tiap-tiap sel sebesar 2 volt. Konstanta efisiensi 50% - 60%. Aki yang
digunakan, kapasitasnya 45 Ah / 12 volt. Energi yang tersimpan inilah yang kemudian disalurkan melalui inverter, menjadi
listrik arus bolak-balik atau rangga (alternating current, disingkat ac).
g. Penyearah ( Rectifier ). Yang digunakan adalah penyearah jembatan dioda dan kapasitor.
h. Sistem Pengaturan Elektronika yang lain berupa sistem pengaturan daya PWM (Pulse Width Modulation) mikroprosesor
controller. Pada penelitian ini, digunakan inverter atau pembalik arus-tegangan listrik, dari listrik DC menjadi listrik AC.
Karaktersitik yang digunakan dalam penelitian ini adalah inverter 300 Watt VA / 12VDC/220 VAC.
i. Beban Listrik, adalah lampu penerangan 3 lampu neon (TL) dan satu unit lampu hias untuk malam hari.
394
SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI INFORMASI & KOMUNIKASI TERAPAN 2013 (SEMANTIK 2013)
Semarang, 16 November 2013
ISBN: 979-26-0266-6
Gambar 2.Wujud pembangkit listrik terbarui hybrid,
dalam foto diatas adalah bagian pembangkit
tenaga angin.
2.5 Spesifikasi Tenaga Matahari Yang Dibuat
Spesifikasi pembangkit listrik tenaga matahri yang dibuat dalam proyek RUD ini, adalah:
1. Panel Solar Sel, dengan jenis monocrystalin 20 watt / 12 Volt.
2. PWM, adalah sistem Pengaturan Elektronika yang lain berupa sistem pengaturan daya PWM (Pulse Width Modulation)
mikroprosesor controller.
3. Accu Pb 12 Volt/45 Ah.
Pada pembangkit listrik tenaga matahari, energi yang dihasilkan dari solar sel, disimpan terlebih dahulu dan dikendalikan
dengan konverter listrik, setelah itu distabilkan. Melalui inverter, kemudian dikeluarkan dan disalurkan ke beban.
Gambar 3. Prosesi Pembuatan dan pengujian Pembangkit Listrik Tenaga
Matahari.
Energi listrik yang dihasilkan pembangkit hybrid ini tidak stabil (masih mentah), belum dapat digunakan (dikonsumsi) secara
langsung. Setelah diolah dan dikontrol dengan konverter digital, energi listrik menjadi stabil, kemudian disalurkan sebagai
energi siap pakai. Listrik yang dihasilkan sama dengan PLN, yaitu 220 volt AC. Karakteristiknya sama persis dengan yang
dihasilkan oleh PLN, yaitu: arus-tegangan AC sebesar 220 VAC, frekuensinya sebesar 50/60 Hz.
Dengan demikian dapat menyalakan lampu neon atau TL.
Dalam sistem hibrida ditambah pengatur sistem hibrida listrik tenaga angin dan matahari (wind/solar hybrida controller).
Dengan membuat percontohan sistem pembangkit listrik tenaga angin dan matahari, yang mampu bekerja secara terus-menerus
tetapi tidak menggunakan bahan bakar minyak atau gas (BBM migas), murah, dapat diperbarui dan stabil (tidak terputus),
sehingga dapat digunakan untuk tenaga listrik yang handal. Dalam sistem ini tidak ada limbah atau sampah produksi.
3. METODE PENELITIAN
Jenis metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah eksperimen. Pengambilan datanya dengan metode
mengukur langsung dan mengamati hasilnya, kemudian mencatat. Variabelnya yang diamati dan diukur terkontrol. Data yang
terukur kemudian dianalisa, dibandingkan dan dievaluasi.
Dalam percobaan, yang diteliti adalah pembuktian energi angin menjadi listrik, arsitektur dan kostruksi hybrid, dan juga
variabel yang diteliti adalah perbandingan gear box, kecepatan putar dan listrik yang dihasilkan.
395
SEMINAR NASIONAL TEKNOLOGI INFORMASI & KOMUNIKASI TERAPAN 2013 (SEMANTIK 2013)
Semarang, 16 November 2013
ISBN: 979-26-0266-6
4. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian berupa pembangkit listrik hibrida antara tenaga angin dan matahari yang convertible, dengan kapasitas 100250 Watt VA. Daya listrik yang dihasilkan sama dengan listrik PLN, yaitu 220 volt AC, stabil.
Menara (tower) kincir angin dengan ketinggian 10 meter.
Baling-baling terbuat dari aluminium, konstruksinya jenis multi-blade, sejumlah 12. Diameter baling-baling 1,5 meter.
Sedangkan solar sel kapasitas 20 watt.
Gambar 4. Hasil penelitian berupa pembangkit listrik hibrida antara tenaga angin dan matahari
yang convertible, yang dikemudian digunakan sebagai penerangan. Pembangkit
listrik hybrid convertible yang difoto pada waktu siang dan malam hari.
5. PENUTUP
5.1. Simpulan
a. Model Pembangkit Listrik Hibrid Convertible, dapat berfungsi dengan baik dan energi listrik yang dihasilkan dimanfaatkan
untuk keperluan penerangan.
b. Kincir angin dan solar sel ini, dapat digunakan untuk membantu industri usaha mikro, kecil dan menengah (UMKM),
seperti penerangan. Dengan demikian sehingga tetap dapat berlangsung jika harga bahan bakar minyak dan gas harganya
melambung naik dan biaya tarif listrik PLN juga naik, atau jaringan listrik yang sering terjadi pemadaman bergilir,
tersendat dalam waktu tak tentu atau byar-pet.
c. Pada penelitian ini, telah dirancang dan dibuat turbin angin dan Listrik Tenaga Matahari dengan kapasitas 300 Watt VA
dan 20 Watt VA. Energi yang dihasilkan distabilkan melalui penyearah (rectifier), kemudian disimpan dalam batere tipe
asam-timbal (accu basah), yang secara umum mempunyai tegangan pada tiap-tiap sel sebesar 2 volt. Setelah itu melalui
inverter diubah dari DC menjadi listrik AC.
5.2. Rekomendasi
a. Mengingat terbatasnya waktu dan biaya, analisa dan pengujian turbin angin tersebut baru dilakukan pada sudut pitch sudu
(blade) ß = 10º. Untuk mengetahui posisi sudut dengan karakteristik yang sesuai dan optimal, perlu dilakukan pengujian
lebih lanjut, dengan sudut yang berbeda.
b. Untuk menambah pasokan daya, kapasitas batere, jumlah panel solar sel tenaga matahari, dan ketinggian tower perlu
ditambah, ditempatkan pada tempat atau medan yang lebih terbuka, sehingga dengan demikian nantinya daya yang
dihasilkan sesuai dengan rancangan yang diinginkan, yaitu 300 Watt VA, untuk turbin pembangkit listrik tenaga angin.
DAFTAR PUSTAKA
[1] B. Lange, J. Hojstrup, “Evaluation of Wind Resource Estimation”, Germany, ICWP Journal of Wind Engineering and
Industrial Aerodinamics, 2005.
[2] Fitzgeralad A.E., Electrical Machine, NY, Mc. Graw Hill., Inc, 1997.
[3] Grolier, Scientific Populair , 1987.
[4] Hall. D.V., Microprocessor and Interfacing, NY, Mc Graw Hill, 1988.
[5] Shushui, “Using Estimate Wind Turbin Power Generator”, IEEE Transaction on Energy Convertion, Vol. 16, No. 3
September 2005.
[6] www.solarcell.com.
[7] www.org. 2006.
[8] www. SouthwestWindpower.org. 2006.
[9] www.Weather.org . 2006.
[10] www. Windpower.org. 2006.
396